海上船舶事故案例综合分析思考

戴 武

（渤海船舶职业学院，辽宁兴城125105）

0 引言

船舶营运过程中，对于从事船舶运输和管理的人员而言，最为关键和值得关心的问题就是如何避免船舶发生海上事故，提高船舶航行过程中的安全性和可靠性。因此，为了保障海上航运生命安全，防止海洋环境污染，在航运繁忙区域内规定船舶航速和操作规范，为解决海事纠纷提供可靠依据，对深入研究船舶海上事故问题具有重要的现实意义。

根据海上事故统计数据，发现船舶主动力装置故障造成的船舶海上事故在各类机械故障中的占比最高。因此，从提高船舶柴油机安全性和可靠性的角度着手，提出从设计、工艺制造方面提高柴油机可靠性时应注意的问题和方法以及利用冗余对提高船舶柴油机可靠性做出合理设想。

1 海上船舶事故类型

船舶事故的类型大致可分为：机械故障、碰撞、搁浅、触损、火灾、风灾、沉船及其他事故[1]。通过海上事故数据总结发现，人为原因占总数的80%。然而，人为因素带有明显的随机性和不确定性，在总结事故原因、制订预防措施方面难以有很强的针对性。另一方面，船舶在海上出现机械故障而导致的事故，虽然只占海上事故总数的20%左右，但因其大多为船舶机械故障导致，船舶管理者可以对机械故障类型进行分类，之后通过设备检修和机械部件维护来对其进行预防，同时也可以制订针对性较强的维护计划和事故处理措施，来减少事故的发生。

船舶航行过程中，其机械设备在工作负荷、运行时间、环境、设计、材料、制造和安装工艺等各种条件的共同作用下会逐渐丧失其规定功能而造成重大的船舶事故。通过统计数据可以得出，主机事故43起，占37.4%；副机10起，占8.7%；另外发电机9起，锅炉4起，甲板机械18起，其他设备31起[2]。可见，船舶柴油机故障是造成船舶海上机损事故的主要原因，其次发电柴油机、发电机、锅炉及甲板机械事故也占有很高的比例。

2 海上船舶故障实例分析

2.1 主机敲缸故障

敲缸是指出现异常声响或敲击声，通常发生在柴油机运行过程中。造成敲缸的原因可以总结为燃烧原因和机械原因两种。由于燃烧原因造成的敲缸表现为尖锐的金属敲击声，通常发生在上止点附近。由于机械原因造成的敲缸表现为钝重的敲击声或摩擦声，通常发生在上、下止点或运动部件越过上、下止点以及行经气缸中部时。

2.1.1 燃烧敲缸的可能原因

过大的喷油器供油提前角；过低的喷油器起阀压力；喷油器喷油过程中其喷嘴针阀在开启位置卡死；喷油器工作过程中，其起阀弹簧断裂或松动；供油量过大导致超负荷运转；燃油发生爆燃（由于燃油燃烧质量差）。

2.1.2 机械敲缸的可能原因

发生气缸上部敲缸时可考虑是气缸套的上半部分磨损量过大形成凸台、气缸内运动部件对中不良、曲柄销轴承两侧磨损不均或过大的气阀间隙。四冲程柴油机发生气缸中部敲缸时则可能是其中存在过大的活塞与气缸套间隙或活塞销间隙，以及气缸套严重磨损的问题。发生气缸下部及曲轴箱敲缸时要考虑十字头轴承、十字头滑块与导板之间、连杆轴承或主轴承中的一处或几处间隙过大，活塞或连杆等主要运动部件的螺栓松动或活塞冷却液伸缩套管受热发生弯曲变形的问题。

事故案例：2006年2月7日02:22，SCAN FJELL号通过基尔运河时，主机活塞故障导致油雾探测器动作，主机停车。该船暂时失去了舵效，接触到海豚，但此时未发现主机故障，随后重启主机成功。船舶继续向港口驶入，行在易北河上主机发出敲击声。主机再次停车，检查发现第三组气缸和活塞上存在刮伤。随后船被拖轮拖行至泊位，由修理团队进行修理。另一起事故发生在2007年12月18日15:40，MASTER DAVIDOV号正于航行途中，其主机突然传来了不寻常的、持续的噪音。轮机长立即将主机停车并抛锚停航，随后被拖至比雷埃夫斯港。检查后发现1、2号惰轮和凸轮轴损坏。

处理措施：柴油机运行过程中出现敲缸现象时，不论是燃烧原因或是机械原因造成的敲缸，首先应当利用柴油机调速装置在保障船舶安全的前提下，降低柴油机运转的速度。如果通过现象可以判断原因为燃烧敲缸，应在停车后分别对喷油器和喷油泵进行检修：首先对喷油器进行调整和试压操作，无法修复时换新。然后对喷油泵的供油量进行检查，如果喷油量不合适则改变柱塞的有效行程。最后，应确定喷油器的喷油定时准确。如果通过现象可以判断原因为机械敲缸，则应在停车后检查有关机件，确定受损机件后进行调整和修理，必要时可以换新。如果在航行期间机件受损严重无法修复，应当将受损的气缸暂时封闭，降低柴油机运行速度，保证船舶正常航行，在进入港口后进行修理。

2.2 空气压缩机故障

高温下分解形成的积炭自燃物发生自燃导致压缩机着火爆炸。油渗入积炭和铁锈并随之留在排气通道中，吸收了油的积炭沉淀物随着排气温度的升高其氧化作用不断加剧，氧化放热过程中这些含油的积炭和铁锈的温度上升造成自燃。自燃有时可能在气温达到180～200℃或更低时发生，不一定要空气温度达到油的闪点。油在自燃过程中受热蒸发，空气中油的浓度不断增大，达到一定程度会发生爆炸。本案例中压缩机第三级压缩发生故障导致排气温度过高，进而使积炭沉淀物发生自燃并引起爆炸。

事故案例：2009年4月13日约12:50，马士基NGUJIMA-YIN生产储油轮 (浮式生产储存和卸载)压气机组件发生爆炸并引发火灾，这是由于高压压气机第三级压缩发生故障而导致的。爆炸未造成人员伤亡，火情也很快得到了控制。

处理措施：第一是要选择黏度、闪点合适，抗氧化安定性好的滑油。第二是要避免压缩机超负荷运转导致排气温度过高，一般控制压缩机的工作温度低于滑油闪点20℃以上为宜。第三是要定期对气道中的积油积炭进行清除，将积炭厚度控制在3 mm以内。第四是消除其他触发自燃因素。避免运动部件异常磨损或咬死、容器与管道零部件松动产生撞击、气阀和活塞环漏气的情况发生，不应采用可燃性密封材料。第五是要防止空气中油分浓度达到爆炸浓度。由于压缩机空转时油气集聚浓度增长较快，因此不应当使压缩机运转时间过长。

2.3 舵机故障

事故案例：2009年11月26日普通货船丹维京号在航行中舵被卡住，只能向右航行，无法回舵，随后该船放弃原航线并锚泊，当地港口安排拖轮将该船拖至港口。另一起事故发生在2011年10月4日，前往蒙哥拉港口的车辆运载船Asian Leader（总重16201吨，于1995年建造） 与全集装箱船Saipan Voyager（总重10774吨，于1979年建造） 以及停泊在加尔各答苏巴斯码头的Mandena号相撞。三艘船都有损伤，随后被送回码头修理。Asian Leading的转向系统出现了问题才导致此次事故发生。船只引航员引导船只向左转，但是舵卡住致使船只与Mandena号相撞。

原因分析：在航行过程中，可能会发生舵机突然在满舵的位置上停下来，然后不能回中，且有刺耳声的情况。可能原因有三个：一是用于为舵机换向的控制发电侧线圈损害；二是控制线路出现了损坏；三是舵机房或驾驶室的电位器出现了故障。

处理措施：出现这种情况时，驾驶员应将舵机转向备用舵机装置，然后紧急停车，以防造成船舶事故。舵机被转向备用舵机装置时，如果舵机可以正常运行，则控制线路损坏或驾驶台、舵机房电位器故障的原因可以排除；如果测量电磁线中电阻值时发现与说明书相符，则可排除控制阀电磁线圈损坏的原因。如果不能回舵的同时油泵的噪声很大，则可判定故障为舵柱轴承或舵柱卡阻导致。对故障成因判定结束后，及时对相应部件进行维修。

通过以上分析可以看出，船舶柴油机故障在各类引发海上事故的机械故障中占比最高，是船舶海上营运过程中发生安全事故、降低船舶营运安全性的主要原因。因此探究船舶柴油机可靠性研究背景以及提高可靠性的方法，可为减少海上事故多提供一份保障。

3 提高船舶柴油机可靠性研究

3.1 船舶柴油机设计工艺可靠性分析

在船舶柴油机的设计和工艺制造过程中，柴油机可靠性的确保和提高体现为柴油机内部零部件的可靠性以及各零部件之间合适的装配。下面列举了柴油机在设计、工艺制造可靠性方面的典型案例，通过对案例的分析可以得出柴油机部件的常见故障形式、解决故障问题的正确思路以及具体的处理措施。

3.1.1 机油泵故障问题

机油泵故障是由于润滑和配合不良导致的，其中包括轴与轴承、键与键槽的配合不良、机油泵外壳体存在微小裂纹或装配不良等。针对以上原因对机油泵进行润滑和零件配合方面的改进，收效甚微。随后将机油泵转子与转子轴间的连接由键连接改为两者过盈配合，从而彻底解决了问题。改进后机油泵故障率大幅下降。

3.1.2 油泵和输油泵的密封问题

柴油机的油泵和输油泵密封性差会导致柴油机冷起动困难，然而仅仅对油泵和输油泵进行改造并进一步提高其密封性能，无法有效改善柴油机冷起动困难的问题。研究分析后发现，在柴油机设计过程中通过在高于柴油机位置处增设柴油沉淀器来解决柴油机冷起动困难问题，可实现柴油机的快速起动。

3.1.3 起动电机故障问题

起动电机在运行过程中的故障率较高，发生故障后难以完全修复。究其原因是起动电机的起动时间过长。减少起动电机的起动时间和起动电机吸铁开关的受热量是降低其故障率的关键。由此提出相应的处理措施：首先，应确保柴油机上的起动按钮安全可靠，避免因起动按钮无法断开致使起动时间过长，导致起动机在超速状态下发生损坏；其次，由于柴油机起动过程中起动电机与燃油系统配合工作，因此只有保证燃油系统的可靠性，才能避免因为燃油系统出现故障致使起动时间过长；最后，柴油机工作过程中应保持其排气正常，吸铁开关和排气管之间适当间隔，从而降低吸铁开关受排气管辐射热而烧坏的几率。

3.1.4 连杆发生断裂问题

船用柴油机在工作过程中可能会出现连杆断裂现象。在对柴油机进行拆检的过程中发现，连杆断裂敲打机体的位置大多在连杆大头螺钉底部以及与连杆大头连接的杆身根部。连杆断裂是由于连杆大头上的螺钉孔底部由绞孔造成的尖角处应力集中导致的。在工艺加工方面的问题在于加工连杆时对连杆大头上的螺钉孔先钻孔而后攻丝，因此引起了连杆在使用过程中孔部出现应力集中。加工工艺改善后连杆断裂问题得到了有效的解决。

3.1.5 空压泵连接法兰根部裂纹

船用柴油机在工作过程中，可能会出现其空压泵连接法兰根部裂纹并漏油的现象。加工时留下的法兰根部尖角产生应力集中[3]，受振动会造成裂纹出现。再加工过程中可将法兰根部的尖角改为圆角。改进后柴油机空压泵运转正常，其连接法兰根部不再出现裂纹。

3.2 冗余控制系统可靠性

3.2.1 冗余度定义

冗余度译自英文词“redundancy”，即为了实现机械或设备安全运行所考虑的多余的一个量，其目的是在发生故障时仍能保障仪器、设备或某项工作正常运转。冗余可以分为三种类型：信息冗余、时间冗余和器件冗余[4]。本文研究的重点是柴油机的冗余度，即器件冗余。船用柴油机的冗余度是指在柴油机内部组件发生故障失效，或由于恶劣天气影响导致柴油机部分功能丧失时，由另一台备用柴油机或其他可以实现船舶推进的动力机械来确保船舶安全航行的能力。现在的船舶大多数仅装有一台柴油机作为船舶推进装置，当发生柴油机内部零件故障，或恶劣天气影响导致主柴油机故障停车时，船舶就会失去航行能力，影响船舶海上安全。因此，主机应当保持足够的冗余度。

3.2.2 柴油机冗余系统设想

互为备用的两台柴油机，工作能力和运行参数应完全一致，在船舶航行过程中推进船舶运行，确保船舶安全。在轮机管理人员及船舶自动控制系统的控制下，使其中一台柴油机处于工作状态，另一台柴油机则应处于备用状态。备用柴油机可以随时无障碍起动并向推进系统输出功率，以此保证工作/备用状态的无扰动切换。工作状态下的柴油机起着为船舶航行提供推进动力、保障船舶在海上安全航行的决定性作用，两台柴油机互为备用的关键在于当处于工作状态的柴油机发生故障停车时迅速起动备用柴油机，可保证船舶航行能力[5]。发现故障迅速起动备用柴油机也就是为了实现冗余系统的无扰动切换。

以上设想属于被动冗余的方式，最终目的是通过冗余控制系统的可靠性。在本文中即通过设置备用柴油机或并联柴油机提高柴油机系统的可靠性，进而提高船舶海上航行过程中的安全性，保障船上人员、财产安全。随着航运事业的不断发展，船舶海上事故的数量不断增加，事故造成的危害不断加重，提高船舶海上安全性越来越受到人们的关注。因此，对柴油机系统的冗余性改进，将会是未来船舶建造的重点和热点问题。

4 结语

通过对机械故障造成的船舶海上事故原因分析，我们应该认识到：机械故障复杂多样，并且会随着运转时间的增长而不可避免地发生。此外，在对大量海上事故数据进行总结和分析的过程中不难发现，船舶主推进装置故障是造成船舶机损事故的主要原因，提高船用柴油机的安全性、可靠性对实现船舶安全航行、保护海洋环境具有重要意义。在对船用柴油机可靠性的探究过程中我们发现，船用柴油机的可靠性不仅仅依赖于其设计和工艺制造的过程，也可以通过设置备用柴油机或其他备用推进装置建立柴油机冗余系统，构建利用冗余思想来提高船用柴油机可靠性，确保船舶安全航行的新思路。